对“探究音调和频率的关系”演示实验的改进建议

　　实验是中学物理课程的关键环节，实验的直观性，将直接影响学生对相关内容的理解。教材上给出的演示实验是学校进行实验的根本参考标准。例如，教材上关于音调的演示实验是拨动钢尺，笔者觉得不够直观，如果老师不给予足够的解说，学生很容易得出错误的结论。这就需要执教者发散思维，从生活中取材，采用更加直观的演示实验来激发学生参与和探究的兴趣。
　　在教育部审定的2012版义务教育教科书八年级上册物理第二章《声现象》第二节《声音的特性》中，探究音调和频率的关系的实验是这样表述的：如图2-2-1所示（见本文图1），将一把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌边。拨动钢尺，听它振动发出的声音，同时注意钢尺的振动的快慢。改变钢尺伸出桌边的长度，再次拨动钢尺。比较两种情况下钢尺的振动的快慢和发声体的音调。
　　这个演示实验的器材是学生的身边之物，易引起学生的操作兴趣，但是笔者认为此实验现象不明显，存在以下几处不足：
　　1、按紧钢尺时，钢尺发出的声音是很小，几乎听不见，如果不按紧听到的声音是钢尺打击桌面发出的声音，并非钢尺发出的声音。
　　2、音调的选择范围较小，音本文由论文联盟http://收集整理调差异不明显。
　　3、此实验不是一个直接性关系的实验，是通过改变尺子的长度达到改变频率。如果不加以引导提示，确定就是观察尺子振动快慢和听音调，学生容易得出结论：尺子越长。音调越低，认为音调最根本的是跟尺子长短有关而不是跟频率直接相关。所以在有的习题里面学生就容易写出此类不确切的答案。
　　4、人眼的视觉暂留的时间是0.05-0.2秒，但是人要听到声音频率必须大于20hz，也就是说每振动一次的时间最多是0.02秒。钢尺振动的时间小于视觉暂留的时间，学生看到钢尺振动大部分是连续的，振动越快反而感觉像没振动一样。因而容易得出错误的结论：尺子伸出桌面越长，振动越快，音调越低。
　　笔者在两年的教学中，每每讲到这一部分的知识时总有很多学生得出这一结论：尺子伸出桌面越长，振动越快，音调越低。对此，笔者都要反复解说，对学生的错误结论进行纠正，交流后发现科组内其他老师也有同样的困惑。
　　经过反复思考和实践，笔者认为可采用以下几种方法对上述实验进行补充。以期取得更好的效果。
　　方法一：用琴弦代替钢尺，实验装置如图2，用手指拨动琴弦可发出悦耳的声音，学生的兴趣马上被调动起来。教师用手指按住琴弦，改变发声体的长度，此时琴弦的声音洪亮、变化明湿，学生听得十分清楚。随着发声的琴弦变短，音调叫显升高。教师可请几位同学亲自动手操作。感受其中的变化。最后，可以用无线话筒拾取声音输入电脑，用虚拟示波器软件配合电脑输出波形图，在屏幕上就可以得到明显的波形图，弦越长。音调越低，图像分布越疏，说明振动的频率越低，如图3、图4所示。通过计算机的辅助实验，使实验的效果明显得多。此实验增强了学生的动手能力，同时加强了学生对波形图的理解。
　　方法二：准备几根长约60至70厘米的有皱褶的软塑料管。可选取几种管径相同但皱褶间隔不同的塑料管。演示操作十分简单，可让学生在教师的指导下完成：用手握住塑料管的一端。使管子在空中较快地旋转，就会发出悦耳的声音，旋转的速度不同，发出声音的音调也就不同，塑料管旋转得越快，由于发声的频率增大，发出的音调越高。演示时稍改变其旋转速度，就会发现发声的音调不同，且整个教室均可很清晰听到、看到，效果非常明显。在塑料管旋转时，因为旋转端快速运动使之气压减小，空气从手握的管端流向旋转端，从而发生振动，其振动频率南管子皱褶的间隔及空气的流速决定。
　　方法三：用发音齿轮演示。如图5所示，发音齿轮的中轴上附有三个齿轮片分别是40齿、60齿、80齿。以一定的速度转动中轴，分别用纸片接触三个齿轮片，就会清楚的听到三次不同的声音，纸片划过40齿齿轮片时声音音调最低，纸片划过80齿齿轮片时声音音调最高。图6所示的发音齿轮原理和图5所示发音齿轮一样。
　　其他方法：1，用梳子加钢尺，用疏密相同的梳子划过钢尺，听声音的音调和滑动快慢的关系。此实验声音较小，适合做学生分组实验。2，把橡皮拉在大拇指和食指之间，用同样的力度分别拉紧和拉松橡皮筋，观察橡皮筋振动快慢和听橡皮筋音调的变化。此实验也存在不易观察振动快慢情况的现象。但是实验操作简单，距离近，便于操作和观察，适合做分组实验。
　　上述几种实验方法新颖有趣，操作起来简单方便，现象明显。在实际教学中，教师可根据具体情况选取其中的一些方法对教材中的实验进行补充。以上是笔者对此演示实验的一些改进建议，不当之处恳请同行批评指正。